CN108905921B - 一种微通道反应换热装置 - Google Patents
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- B01J19/0093—Microreactors, e.g. miniaturised or microfabricated reactors
Abstract
本发明提供一种微通道反应换热装置，其包括：微反应通道，和至少一个换热通道(1)，且微反应通道(10)与换热通道(1)之间通过隔板(2)进行分隔、且微反应通道(10)能与换热通道(1)通过隔板(2)进行换热，且换热通道(1)包括入口通道(4)和出口通道(42)，且换热通道(4)内部、在靠近入口通道(4)的位置还设置有初始分配装置(6)，初始分配装置(6)具有能够储存一定容积换热介质的容腔。通过本发明能使得换热介质通过入口通道首先进入初始分配装置，在初始装置内部实现液体的缓冲，然后再均匀的流入换热通道内部，减小流体对通道内部的直接冲击，保证结构强度的同时提高换热效率。
Description
技术领域
本发明属于微反应技术领域，具体涉及一种微通道反应换热装置。
背景技术
微反应器具有样品混合时间短、消耗量小、反应速度快等优点，能够应用于高温、低温、强放热反应中，在工业化级别的微反应器中，换热通道的设计需要满足通道阻力小，流体分配均匀、流体湍流强度高以及换热性能好等要求，传统串联形式的换热结构虽然不存在流体分配问题，但是在大通量换热介质下压力降比较大，换热性能不足，无法满足强放热反应下的足够的换热效果。因此需要设计一种并联形式的换热通道，通过特殊的结构设计实现流体均匀分配，流体扰动强烈，从而满足了强放热反应的良好换热效果。
由于现有技术中的微通道反应换热装置存在换热介质下压力降比较大，换热性能不足，无法满足强放热反应下的足够的换热效果等技术问题，因此本发明研究设计出一种微通道反应换热装置。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的微通道反应换热装置存在换热性能不足，无法满足强放热反应下的足够的换热效果的缺陷，从而提供一种微通道反应换热装置。
本发明提供一种微通道反应换热装置，其包括：
微反应通道，和至少一个换热通道，且所述微反应通道与所述换热通道之间通过隔板进行分隔、且所述微反应通道能与所述换热通道通过所述隔板进行换热，且所述换热通道包括入口通道和出口通道，且所述换热通道内部、在靠近所述入口通道的位置还设置有初始分配装置，所述初始分配装置具有能够储存一定容积换热介质的容腔。
优选地，
所述换热通道还包括至少两个以上的沿着换热流体流动方向并联设置的并联通道，且所述并联通道位于所述入口通道和所述出口通道之间的位置。
优选地，
在所述初始分配装置与多个所述并联通道之间还设置有多个朝向各所述并联通道以能够将换热流体分别导流至每个所述并联通道中的入口导流板。
优选地，
在所述并联通道中还设置有沿换热流体流动方向进行导流的通道导流板，且在所述并联通道中还设置有多个扰流板。
优选地，
所述通道导流板设置在所述并联通道中且靠近并联通道进口端位置和/或靠近并联通道出口端位置，所述扰流板设置在所述并联通道中的沿流体流动方向长度的中段位置。
优选地，
在所述出口通道与所述并联通道之间还设置有出口收集装置，所述出口收集装置具有能够储存一定容积换热介质的容腔。
优选地，
在多个所述并联通道与所述出口收集装置之间还设置有多个朝向出口收集装置以能够将换热流体导流至所述出口收集装置中的出口导流板。
优选地，
在多个所述并联通道与所述出口收集装置之间还设置有多个出口扰流柱。
优选地，
所述换热通道包括两个、分别为第一换热通道和第二换热通道，所述隔板也包括第一换热隔板和第二换热隔板，所述第一换热通道与所述微反应通道之间通过第一换热隔板分隔，所述第二换热通道与所述微反应通道之间通过第二换热隔板分隔，且所述第一换热隔板位于所述微反应通道的第一侧，所述第二换热隔板位于所述微反应通道的第二侧，且所述第一侧和所述第二侧相背，所述第一换热通道能够通过所述第一换热隔板与所述微反应通道换热、所述第二换热通道能够通过所述第二换热隔板与所述微反应通道换热。
优选地，
还包括第一换热板，所述第一换热板与所述第一换热隔板相对，且所述第一换热板具有与所述第一换热隔板相对的第一侧面，且所述第一换热通道设置于所述第一侧面上；所述第一换热板与所述第一换热隔板相对接以形成密封的所述第一换热通道；
还包括第二换热板，所述第二换热板与所述第二换热隔板相对，且所述第二换热板具有与所述第二换热隔板相对的第二侧面，且所述第二换热通道设置于所述第二侧面上；所述第二换热板与所述第二换热隔板相对接以形成密封的所述第二换热通道。
本发明提供的一种微通道反应换热装置具有如下有益效果：
1.本发明通过在换热通道的入口通道和并联通道之间设置初始分配装置，能够使得换热介质通过入口通道首先进入初始分配装置，在初始装置内部实现液体的缓冲，然后再均匀的流入换热通道内部，减小流体对通道内部的直接冲击，保证结构强度的同时提高换热效率。
2.本发明还通过设置多个并联形式的换热通道，通过特殊的结构设计实现流体均匀分配，流体扰动强烈，从而满足了强放热反应的良好换热效果，且减小了压降，流体在通道内部能够实现良好的均匀分布，同时达到极强的湍流强度，实现微反应通道内部的快速换热，该通道形式，结构简单，通用性好，具有较高的适用性。
3.本发明通过在微反应通道的两侧均设置换热隔板和换热通道的结构形式，其中反应通道的两侧均设置换热隔板及换热通道，反应通道与换热通道通过中间换热隔板实现间壁换热，能够对微反应通道两侧同时进行换热作用，实现双面换热，具有极强的换热效率，极大的提高设备的传热性能，适用于例如硝化、氧化等强放热工业化级别的微通道反应器的反应换热。
附图说明
图1是本发明的工业化微通道反应换热装置的结构示意图；
图2是本发明微通道反应换热装置中的换热板上的换热通道的结构示意图；
图3是图2中的初始分配装置的结构示意图；
图4是图3的A方向的结构示意图；
图5是图2中B部分(第一通道导流板)的局部放大示意图；
图6是图2中的换热通道出口位置部分的结构示意图。
图中附图标记表示为：
10、微反应通道；1、换热通道；11、第一换热通道；12、第二换热通道；2、隔板；21、第一换热隔板；22、第二换热隔板；31、第一换热板；32、第二换热板；41、入口通道(或称第一入口通道)；42、出口通道(或称第一出口通道)；43、第二入口通道；44、第二出口通道；5、并联通道(或称第一并联通道)；6、初始分配装置；7、入口导流板(或称第一入口导流板)；8、通道导流板(或称第一通道导流板)；9、扰流板(或称第一扰流板)；13、出口收集装置(或称第一出口收集装置)；14、出口导流板(或称第一出口导流板)；15、出口扰流柱(或称第一出口扰流柱)。
具体实施方式
如图1-6所示，本发明提供一种微通道反应换热装置，其包括：
微反应通道10，和至少一个换热通道1，且所述微反应通道10与所述换热通道1之间通过隔板2进行分隔(隔板2可以是与微反应通道10、换热通道1单独的个体；也可以是与微反应通道10、换热通道1一体结构，例如在一块板的上下两个面分别设置微反应通道10和换热通道1，而中间为隔板2)、且所述微反应通道10能与所述换热通道1通过所述隔板2进行换热，且所述换热通道1包括入口通道4和出口通道42，且所述换热通道4内部、在靠近所述入口通道4的位置还设置有初始分配装置6，所述初始分配装置6具有能够储存一定容积换热介质的容腔。
本发明通过在换热通道的入口通道和并联通道之间设置初始分配装置，能够使得换热介质通过入口通道首先进入初始分配装置，在初始装置内部实现液体的缓冲，然后再均匀的流入换热通道内部，减小流体对通道内部的直接冲击，保证结构强度的同时提高换热效率。
入口通道不直接冲击换热通道内部，换热介质首先进入初始分配装置，初始分配装置位于换热通道的上侧或者下侧，与换热通道属于底面接触。为实现入口通道不直接冲击换热通道，要求入口通道特征尺寸d1要小于初始分配装置的深度方向(厚度方向)的特征尺寸h1，初始分配装置的形状不限于椭圆形或者圆形，能够根据通道并联个数进行相应的变形调整。
如图3所示的换热通道入口位置形状要求与初始分配装置与其接触面的位置一致或者接近，这样利于初始分配装置内流体均匀的进入换热通道内部。
入口初始分配装置的设计，有利于换热介质在不同并联通道内的初始均匀分配，避免了换热介质直接由入口进入换热通道后分配不均的难题。
优选地，
所述换热通道1还包括至少两个以上的沿着换热流体流动方向并联设置的并联通道5，且所述并联通道5位于所述入口通道4和所述出口通道42之间的位置。这是本发明的换热通道的优选结构形式，将其设置为包括两个以上并联设置的并联通道的形式，这是换热通道根据工业化反应片的排布形式，将其设计为两通道或者更多通道并联形式，图2所示为三通道并联的方案，能够减小大通量换热介质流动时的阻力降，解决不同通道内部的流体流量均匀分配问题，流体在通道内部能够实现良好的均匀分布，同时达到极强的湍流强度，实现微反应通道内部的快速换热，该通道形式，结构简单，通用性好，具有较高的适用性。
工业化微通道反应器用在强放热反应过程中，需要良好的换热条件，因此对换热通道提出了换热系数高、压降阻力小，流动均匀无流动死区等要求，采用本发明专利设计的并联结构可以实现大通量下的压降阻力小的要求。对比4000吨/年通量下的冷却数据，采用并联形式换热通道结构流动阻力下降60％。利用多通道并联可以降低总的流动阻力，换热及能量损失方面都优于串联形式的换热通道。
优选地，
在所述初始分配装置6与多个所述并联通道5之间还设置有多个朝向各所述并联通道5以能够将换热流体分别导流至每个所述并联通道5中的入口导流板7。通过设置入口导流板的结构形式，能够对从初始分配装置出来的流体进行导流，将其导流至多个并联通道中，以使得每个并联通道中均能被分配合适流量的换热流体，从而保证换热流体分配的合理性和均匀性，提高换热面积，增大换热效果。
入口导流板7要求沿对称轴两侧呈对称分布，同时根据微反应器侧通道的形式可以将换热介质导流为两股、三股或者更多的并联通道。图2-3显示的是并联三通道的导流板设计，要求主干导流板与对称轴的角度α1以及α2要在50°到70°之间。其他主干导流板以外的辅助导流板可以根据流动状况适当布置。并联通道前端入口导流板特定倒流角度的设计，使得流体在不同并联通道内的实现定量的均匀分配，从而避免换热不均的情况。
优选地，
在所述并联通道5中还设置有沿换热流体流动方向进行导流的通道导流板8，且在所述并联通道5中还设置有多个扰流板9。通过在并联通道中设置通道导流板，能够对并联通道内部的换热流体进行导流作用，为实现单独并联通道内部的流体能够在各自通道分配均匀，设置了通道导流板形式，导流板的布置可以沿着换热通道平行布置，也可以与换热通道流动方向呈一定角度布置。要求布置分配板沿着换热通道的宽度方向布置多个，要求四层以上，同时沿着轴向可以布置一层或者以上，层与层之间每层之间的设置为可设置为角度渐变的形式如2、5所示，层与层导流板之间为交错排列方式。
为增强流体的湍流强度，强化换热，在每一个并联的换热通道内部设置了流体扰流板，流体扰流板的形状可以为直板、弧板、三角形或者柱形结构等改变流体流动方向的变形结构，流体改变角度范围在20°到70°之间(这里的流体改变角度是指流体流经该扰流板后流动方向发生偏转的角度)，流体扰流板5能够长通道分隔成短通道，由于增多了进口段，可以使整个通道的平均边界层较薄，流体流动方向的改变，能够产生涡流和二次流，促进核心流体和边界层流体的混合，并破坏液膜层流底层，加强边界层扰动，使传热过程得得以强化。
并联的换热通道内部设置了通道扰流板，通道扰流板的形状可以为直板、弧板、三角形或者柱形结构等改变流体流动方向的变形结构，通道扰流板的设置能够减薄层流底层的厚度以减小层流底层的热阻，极大增强通道换热能力。相比于光滑壁面，湍流状态下的给热系数可以提高2-3倍。
优选地，
所述通道导流板8设置在所述并联通道5中且靠近并联通道进口端位置和/或靠近并联通道出口端位置，所述扰流板9设置在所述并联通道5中的沿流体流动方向长度的中段位置。将通道导流板尽可能地设置在靠近并联通道进口端或出口端的位置是能够对进入并联通道的来流进行均匀分配和导流的作用、以及对即将流出并联通道的流体进行均匀分配和导流的作用，增强流体分配的均匀性，提高换热效率，通过将扰流板设置在并联通道的中段位置是使得流体流经该部分时发生剧烈的扰流，从而增强换热强度，提高换热效率，为了使得排出并联通道的流体仍为紊乱流体，因此在靠近并联通道出口端还设置通道导流板、以对流体进行均匀分配和导流。
优选地，
在所述出口通道42与所述并联通道5之间还设置有出口收集装置13，所述出口收集装置13具有能够储存一定容积换热介质的容腔。通过在靠近出口通道位置还设置出口收集装置，能够对流经出口的流体进行收集归纳作用，减小流体的冲击程度，保证稳定地从出口流出。出口位置与进口位置类似，要求换热通道出口位置形状与出口收集器与其接触面的位置一致或者接近，这样利于换热通道内部流体以较小的阻力损失流出换热通道。
优选地，
在多个所述并联通道5与所述出口收集装置13之间还设置有多个朝向出口收集装置13以能够将换热流体导流至所述出口收集装置13中的出口导流板14。通过在通道出口位置设置出口导流板，可以减小流动死区，减小流动阻力，更好的实现出口位置的流体均匀流动。出口导流板关键位置的设计如图6所示，导流板沿着纵向分布层数为3层以上，且倒流角度与换热壁面弧度一致或相近，流线过度圆滑，从而实现流体流动时不会存在流动死区。
优选地，
在多个所述并联通道5与所述出口收集装置13之间还设置有多个出口扰流柱15。在出口位置设计了出口扰流柱，扰流柱可以是直板、弧板、三角形或者柱形结构等改变流体流动方向的变形结构。目的在于减薄层流底层厚度，增强换热。
优选地，
所述换热通道1包括两个、分别为至少还包括第一换热通道11和第二换热通道12，所述第一换热通道11与所述微反应通道10之间通过第一换热隔板21分隔，所述第二换热通道12与所述微反应通道10之间通过第二换热隔板22分隔，且所述第一换热隔板21位于所述微反应通道10的第一侧，所述第二换热隔板22位于所述微反应通道10的第二侧，且所述第一侧和所述第二侧相背，所述第一换热通道11能够通过所述第一换热隔板21与所述微反应通道10换热、所述第二换热通道12能够通过所述第二换热隔板22与所述微反应通道10换热。
本发明通过在微反应通道的两侧均设置换热隔板和换热通道的结构形式，其中反应通道的两侧均设置换热隔板及换热通道，反应通道与换热通道通过中间换热隔板实现间壁换热，能够对微反应通道两侧同时进行换热作用，实现双面换热，具有极强的换热效率，极大的提高设备的传热性能，适用于例如硝化、氧化等强放热工业化级别的微通道反应器的反应换热。
本发明属于微反应工业化生产技术领域，涉及一种工业化微通道反应换热装置，该装置能够实现工业化强放热反应的双面换热，换热通道的特殊设计能够实现较大的流量，均匀的流体流动、极强的湍流强度，从而为强放热反应提供良好的换热效果。可以应用于硝化、氧化等强放热反应的换热。
本发明的工业化微通道反应换热装置，包括换热通道、换热隔板、反应通道，其中反应通道的两侧均设置换热隔板及换热通道，实现双面换热，能够极大的提高设备的传热性能。换热通道、换热隔板、反应通道三者应用螺栓连接紧固，密封圈进行密封。该工业化微通道反应器及换热装置的特征在于，反应通道两侧采用双换热结构，反应通道两侧均设置换热隔板及换热通道，反应通道与换热通道通过中间换热隔板实现间壁换热，具有极强的换热效率。该工业化微通道反应器及换热装置的换热通道的优点，是具有良好的传热效果，且压降小，流体在通道内部能够实现良好的均匀分布，同时达到极强的湍流强度，实现微反应通道内部的快速换热，适用于强放热工业化级别的微通道反应器的反应换热。该通道形式，结构简单，通用性好，具有较高的适用性。
工业化微通道反应器及换热装置能够实现反应与换热一体的集成方式，主要包括微反应通道10、两个换热隔板、两个换热通道。微反应通道10两侧均有换热隔板、及换热通道，从而实现反应通道两侧同时换热，提高了设备的传热性能。反应装置见图1所示。工业化微通道反应器用在强放热反应过程中，需要良好的换热条件，因此对换热通道提出了换热系数高，采用双换热形式的反应换热装置，设备整体传热系数相比于单通道换热形式提高42％。
优选地，
如图1所示，还包括第一换热板31，所述第一换热板31与所述第一换热隔板21相对，且所述第一换热板31具有与所述第一换热隔板21相对的第一侧面，且所述第一换热通道11设置于所述第一侧面上；所述第一换热板31与所述第一换热隔板21相对接以形成密封的所述第一换热通道11；
还包括第二换热板32，所述第二换热板32与所述第二换热隔板22相对，且所述第二换热板32具有与所述第二换热隔板22相对的第二侧面，且所述第二换热通道12设置于所述第二侧面上；所述第二换热板32与所述第二换热隔板22相对接以形成密封的所述第二换热通道12。
通过设置的第一换热板和第二换热板，能够与各自对应的换热隔板相对接，并且在各自换热板与换热隔板相对接的侧面上设置该换热通道，通过换热板与换热隔板之间的对接以形成换热通道的密封作用，从而保证在换热板上形成的换热通道流通换热流体时能够处于与外界隔热的状态，保证换热流体经由换热隔板与反应流体进行换热的效果，提高换热效果，这是换热通道的优选形成方式，加工制造简单方便，形成的换热通道能够符合微通道反应换热装置的尺寸需求，且此时微反应通道位于所述第一换热隔板与第二换热隔板之间的位置，且也为密封状态。
优选地，
所述第一换热板31的第一端设置有第一入口通道41，所述第一换热板31的第二端设置有第一出口通道42，所述第一端与所述第二端相背，所述第一换热通道11连通在所述第一入口通道41和所述第一出口通道42之间，且在所述第一换热通道11包括至少两个以上的沿着换热流体流动方向并联设置的第一并联通道5；和/或，
所述第二换热板32的第三端设置有第二入口通道43，所述第二换热板32的第四端设置有第二出口通道44，所述第三端与所述第四端相背，所述第二换热通道12连通在所述第二入口通道43和所述第二出口通道44之间，且在所述第二换热通道12包括至少两个以上的沿着换热流体流动方向并联设置的第二并联通道(未示出)。
这是本发明的第一换热通道和第二换热通道的优选结构形式，将其设置为包括两个以上并联设置的并联通道的形式，这是换热通道根据工业化反应片的排布形式，将其设计为两通道或者更多通道并联形式，图2所示为三通道并联的方案，能够减小大通量换热介质流动时的阻力降，解决不同通道内部的流体流量均匀分配问题，流体在通道内部能够实现良好的均匀分布，同时达到极强的湍流强度，实现微反应通道内部的快速换热，该通道形式，结构简单，通用性好，具有较高的适用性。
工业化微通道反应器用在强放热反应过程中，需要良好的换热条件，因此对换热通道提出了换热系数高、压降阻力小，流动均匀无流动死区等要求，采用本发明专利设计的并联结构可以实现大通量下的压降阻力小的要求。对比4000吨/年通量下的冷却数据，采用并联形式换热通道结构流动阻力下降60％。利用多通道并联可以降低总的流动阻力，换热及能量损失方面都优于串联形式的换热通道。
优选地，
在所述第一入口通道41与所述第一并联通道5之间还设置有第一初始分配装置6，所述第一初始分配装置6具有能够储存一定容积换热介质的容腔；和/或，在所述第二入口通道43与所述第二并联通道(未示出)之间还设置有第二初始分配装置(未示出)，所述第二初始分配装置也具有能够储存一定容积换热介质的容腔。
这是本发明的换热通道的进一步的结构形式，即在入口通道和并联通道之间设置初始分配装置，能够使得换热介质通过第一入口通道首先进入初始分配装置，在初始装置内部实现液体的缓冲，然后再均匀的流入换热通道内部，减小流体对通道内部的直接冲击，保证结构强度的同时提高换热效率。
入口通道不直接冲击换热通道内部，换热介质首先进入初始分配装置，初始分配装置位于换热通道的上侧或者下侧，与换热通道属于底面接触。为实现入口通道不直接冲击换热通道，要求入口通道特征尺寸d1要小于初始分配装置的深度方向(厚度方向)的特征尺寸h1，初始分配装置的形状不限于椭圆形或者圆形，能够根据通道并联个数进行相应的变形调整。
如图3所示的换热通道入口位置形状要求与初始分配装置与其接触面的位置一致或者接近，这样利于初始分配装置内流体均匀的进入换热通道内部。
入口初始分配装置的设计，有利于换热介质在不同并联通道内的初始均匀分配，避免了换热介质直接由入口进入换热通道后分配不均的难题。
优选地，
在所述第一初始分配装置6与多个所述第一并联通道5之间还设置有多个朝向各所述第一并联通道5以能够将换热流体分别导流至每个所述第一并联通道5中的第一入口导流板7；和/或，在所述第二初始分配装置(未示出)与多个所述第二并联通道(未示出)之间还设置有多个朝向各所述第二并联通道以能够将换热流体分别导流至每个所述第二并联通道中的第二入口导流板(未示出)。通过设置入口导流板的结构形式，能够对从初始分配装置出来的流体进行导流，将其导流至多个并联通道中，以使得每个并联通道中均能被分配合适流量的换热流体，从而保证换热流体分配的合理性和均匀性，提高换热面积，增大换热效果。
第一入口导流板7要求沿对称轴两侧呈对称分布，同时根据微反应器侧通道的形式可以将换热介质导流为两股、三股或者更多的并联通道。图2-3显示的是并联三通道的导流板设计，要求主干导流板与对称轴的角度α1以及α2要在50°到70°之间。其他主干导流板以外的辅助导流板可以根据流动状况适当布置。并联通道前端入口导流板特定倒流角度的设计，使得流体在不同并联通道内的实现定量的均匀分配，从而避免换热不均的情况。
优选地，
在所述第一并联通道5中还设置有沿换热流体流动方向进行导流的第一通道导流板8，且在所述第一并联通道5中还设置有多个第一扰流板9；和/或，在所述第二并联通道中还设置有沿换热流体流动方向进行导流的第二通道导流板(未示出)，且在所述第二并联通道中还设置有多个第二扰流板(未示出)。
通过在并联通道中设置通道导流板，能够对并联通道内部的换热流体进行导流作用，为实现单独并联通道内部的流体能够在各自通道分配均匀，设置了通道导流板形式，导流板的布置可以沿着换热通道平行布置，也可以与换热通道流动方向呈一定角度布置。要求布置分配板沿着换热通道的宽度方向布置多个，要求四层以上，同时沿着轴向可以布置一层或者以上，层与层之间每层之间的设置为可设置为角度渐变的形式如2、5所示，层与层导流板之间为交错排列方式。
为增强流体的湍流强度，强化换热，在每一个并联的换热通道内部设置了流体扰流板，流体扰流板的形状可以为直板、弧板、三角形或者柱形结构等改变流体流动方向的变形结构，流体改变角度范围在20°到70°之间(这里的流体改变角度是指流体流经该扰流板后流动方向发生偏转的角度)，流体扰流板5能够长通道分隔成短通道，由于增多了进口段，可以使整个通道的平均边界层较薄，流体流动方向的改变，能够产生涡流和二次流，促进核心流体和边界层流体的混合，并破坏液膜层流底层，加强边界层扰动，使传热过程得得以强化。
并联的换热通道内部设置了通道扰流板，通道扰流板的形状可以为直板、弧板、三角形或者柱形结构等改变流体流动方向的变形结构，通道扰流板的设置能够减薄层流底层的厚度以减小层流底层的热阻，极大增强通道换热能力。相比于光滑壁面，湍流状态下的给热系数可以提高2-3倍。
优选地，
所述第一通道导流板8设置在所述第一并联通道5中且靠近第一并联通道进口端位置和/或靠近第一并联通道出口端位置，所述第一扰流板9设置在所述第一并联通道5中的沿流体流动方向长度的中段位置；和/或，所述第二通道导流板(未示出)设置在所述第二并联通道中且靠近第二并联通道进口端位置和/或靠近第一并联通道出口端位置，所述第二扰流板(未示出)设置在所述第二并联通道中的沿流体流动方向长度的中段位置。
这是本端面的第一通道导流板、第一扰流板、第二通道导流板和第二扰流板在并联通道中的具体设置位置，将通道导流板尽可能地设置在靠近并联通道进口端或出口端的位置是能够对进入并联通道的来流进行均匀分配和导流的作用、以及对即将流出并联通道的流体进行均匀分配和导流的作用，增强流体分配的均匀性，提高换热效率，通过将扰流板设置在并联通道的中段位置是使得流体流经该部分时发生剧烈的扰流，从而增强换热强度，提高换热效率，为了使得排出并联通道的流体仍为紊乱流体，因此在靠近并联通道出口端还设置通道导流板、以对流体进行均匀分配和导流。
优选地，
在所述第一出口通道42与所述第一并联通道5之间还设置有第一出口收集装置13，所述第一出口收集装置13具有能够储存一定容积换热介质的容腔；和/或，在所述第二出口通道(未示出)与所述第二并联通道(未示出)之间还设置有第二出口收集装置(未示出)，所述第二出口收集装置具有能够储存一定容积换热介质的容腔。通过在靠近出口通道位置还设置出口收集装置，能够对流经出口的流体进行收集归纳作用，减小流体的冲击程度，保证稳定地从出口流出。出口位置与进口位置类似，要求换热通道出口位置形状与出口收集器与其接触面的位置一致或者接近，这样利于换热通道内部流体以较小的阻力损失流出换热通道。
优选地，
在多个所述第一并联通道5与所述第一出口收集装置13之间还设置有多个朝向第一出口收集装置13以能够将换热流体导流至所述第一出口收集装置3中的第一出口导流板14；和/或，在多个所述第二并联通道(未示出)与所述第二出口收集装置(未示出)之间还设置有多个朝向第二出口收集装置以能够将换热流体导流至所述第二出口收集装置中的第二出口导流板(未示出)。
通过在通道出口位置设置出口导流板，可以减小流动死区，减小流动阻力，更好的实现出口位置的流体均匀流动。出口导流板关键位置的设计如图6所示，导流板沿着纵向分布层数为3层以上，且倒流角度与换热壁面弧度一致或相近，流线过度圆滑，从而实现流体流动时不会存在流动死区。
优选地，
在多个所述第一并联通道5与所述第一出口收集装置13之间还设置有多个第一出口扰流柱15；和/或，在多个所述第二并联通道(未示出)与所述第二出口收集装置(未示出)之间还设置有多个第二出口扰流柱(未示出)。为增强出口侧的流体湍流强度，在出口位置设计了出口扰流柱，扰流柱可以是直板、弧板、三角形或者柱形结构等改变流体流动方向的变形结构。目的在于减薄层流底层厚度，增强换热。
本发明具有以下有益效果：
1.工业化微通道反应器用在强放热反应过程中，需要良好的换热条件，因此对换热通道提出了换热系数高，采用双换热形式的反应换热装置，设备整体传热系数相比于单通道换热形式提高42％。
2.工业化微通道反应器用在强放热反应过程中，需要良好的换热条件，因此对换热通道提出了换热系数高、压降阻力小，流动均匀无流动死区等要求，采用本专利设计的并联结构可以实现大通量下的压降阻力小的要求。对比4000吨/年通量下的冷却数据，采用并联形式换热通道结构流动阻力下降60％。
3.入口初始分配装置的设计，有利于换热介质在不同并联通道内的初始均匀分配，避免了换热介质直接由入口进入换热通道后分配不均的难题。
4.并联通道前端入口导流板特定倒流角度的设计，使得流体在不同并联通道内的实现定量的均匀分配，从而避免换热不均的情况。
5.并联的换热通道内部设置了通道扰流板，通道扰流板的形状可以为直板、弧板、三角形或者柱形结构等改变流体流动方向的变形结构，通道扰流板的设置能够减薄层流底层的厚度以减小层流底层的热阻，极大增强通道换热能力。相比于光滑壁面，湍流状态下的给热系数可以提高2-3倍。
6.出口导流板14，可以减小流动死区，减小流动阻力，更好的实现出口位置的流体均匀流动。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种微通道反应换热装置，其特征在于：包括：
微反应通道(10)，和至少一个换热通道(1)，且所述微反应通道(10)与所述换热通道(1)之间通过隔板(2)进行分隔、且所述微反应通道(10)能与所述换热通道(1)通过所述隔板(2)进行换热，且所述换热通道(1)包括入口通道(41)和出口通道(42)，且所述换热通道(1)内部、在靠近所述入口通道(41)的位置还设置有初始分配装置(6)，所述初始分配装置(6)具有能够储存一定容积换热介质的容腔；
所述换热通道(1)还包括至少两个沿着换热流体流动方向并联设置的并联通道(5)，且所述并联通道(5)位于所述入口通道(41)和所述出口通道(42)之间的位置；在所述并联通道(5)中还设置有沿换热流体流动方向进行导流的通道导流板(8)，且在所述并联通道(5)中还设置有多个扰流板(9)；所述通道导流板(8)设置在所述并联通道(5)中且靠近并联通道进口端位置和/或靠近并联通道出口端位置，所述扰流板(9)设置在所述并联通道(5)中的沿流体流动方向长度的中段位置；在所述出口通道(42)与所述并联通道(5)之间还设置有出口收集装置(13)，所述出口收集装置(13)具有能够储存一定容积换热介质的容腔。
2.根据权利要求1所述的微通道反应换热装置，其特征在于：
所述入口通道的管径尺寸d1小于所述初始分配装置沿厚度方向的最小尺寸；和/或，所述初始分配装置在流体流动方向平面的截面形状为椭圆形或圆形。
3.根据权利要求1所述的微通道反应换热装置，其特征在于：
在所述初始分配装置(6)与多个所述并联通道(5)之间还设置有多个朝向各所述并联通道(5)以能够将换热流体分别导流至每个所述并联通道(5)中的入口导流板(7)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的微通道反应换热装置，其特征在于：
所述扰流板的形状为直板、弧板、三角形或者柱形结构，其流体改变角度范围在20°到70°之间。
5.根据权利要求1所述的微通道反应换热装置，其特征在于：
在多个所述并联通道(5)与所述出口收集装置(13)之间还设置有多个朝向出口收集装置(13)以能够将换热流体导流至所述出口收集装置(13)中的出口导流板(14)。
6.根据权利要求1所述的微通道反应换热装置，其特征在于：
在多个所述并联通道(5)与所述出口收集装置(13)之间还设置有多个出口扰流柱(15)。
7.根据权利要求1所述的微通道反应换热装置，其特征在于：
所述换热通道(1)包括两个、分别为第一换热通道(11)和第二换热通道(12)，所述隔板(2)也包括第一换热隔板(21)和第二换热隔板(22)，所述第一换热通道(11)与所述微反应通道(10)之间通过第一换热隔板(21)分隔，所述第二换热通道(12)与所述微反应通道(10)之间通过第二换热隔板(22)分隔，且所述第一换热隔板(21)位于所述微反应通道(10)的第一侧，所述第二换热隔板(22)位于所述微反应通道(10)的第二侧，且所述第一侧和所述第二侧相背，所述第一换热通道(11)能够通过所述第一换热隔板(21)与所述微反应通道(10)换热、所述第二换热通道(12)能够通过所述第二换热隔板(22)与所述微反应通道(10)换热。
8.根据权利要求7所述的微通道反应换热装置，其特征在于：
还包括第一换热板(31)，所述第一换热板(31)与所述第一换热隔板(21)相对，且所述第一换热板(31)具有与所述第一换热隔板(21)相对的第一侧面，且所述第一换热通道(11)设置于所述第一侧面上；所述第一换热板(31)与所述第一换热隔板(21)相对接以形成密封的所述第一换热通道(11)；
还包括第二换热板(32)，所述第二换热板(32)与所述第二换热隔板(22)相对，且所述第二换热板(32)具有与所述第二换热隔板(22)相对的第二侧面，且所述第二换热通道(12)设置于所述第二侧面上；所述第二换热板(32)与所述第二换热隔板(22)相对接以形成密封的所述第二换热通道(12)。
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